區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)荷智能互動(dòng)站端系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

深圳新能電力開發(fā)設(shè)計(jì)院有限公司 孫 鵬

貫徹落實(shí)國(guó)家相關(guān)部委對(duì)電力需求側(cè)管理提出的新要求，充分考慮區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷、電源、儲(chǔ)能設(shè)備等多種因素,建立區(qū)域性的智能化電網(wǎng)網(wǎng)荷互動(dòng)站端系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用推廣，有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨的新挑戰(zhàn)，使控制電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性的手段得到更好的豐富和完善，有效拓展電網(wǎng)故障時(shí)的可控資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)荷智能友好互動(dòng)。通過網(wǎng)荷智能互動(dòng)系統(tǒng)改變了負(fù)荷控制的粗放方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷控制的精益化管理，電網(wǎng)在對(duì)緊急事件方面的處理能力可以通過互動(dòng)調(diào)控來進(jìn)行提高，對(duì)帶動(dòng)整個(gè)能源系統(tǒng)的資源優(yōu)化配置起到至關(guān)重要的作用，從而使電網(wǎng)在保障區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行安全和穩(wěn)定得到有效保障。

1 必要性分析

1.1 電力需求側(cè)管理的更高要求

國(guó)家發(fā)改委于2017年頒布了《電力需求側(cè)管理辦法（修訂版）》并作出了相關(guān)指導(dǎo)：支持電網(wǎng)企業(yè)會(huì)同電力用戶探索建設(shè)大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)，有效平抑可再生能源帶來的波動(dòng)，提升電網(wǎng)“源”“荷”互補(bǔ)能力，助力可再生能源大規(guī)模替代化石能源”，以及“對(duì)電力運(yùn)行的調(diào)節(jié)進(jìn)行改革，在電力運(yùn)行的調(diào)度工作中將統(tǒng)籌的需求相應(yīng)資源進(jìn)行吸收，從而使電網(wǎng)的靈活性得到有效提高，給新能源的電力消納提供基礎(chǔ)。

同時(shí)還明確了相關(guān)工作要求，即“對(duì)于實(shí)施需求響應(yīng)的試點(diǎn)應(yīng)該根據(jù)各地的實(shí)際情況來對(duì)范圍進(jìn)行擴(kuò)大，同時(shí)還要同電力市場(chǎng)建設(shè)工作進(jìn)行配合，并積極的促進(jìn)電力市場(chǎng)對(duì)需求響應(yīng)資源的吸入。對(duì)于開發(fā)和利用需求相應(yīng)資源的相關(guān)電力市場(chǎng)參與者，應(yīng)該給予充分的支持和激勵(lì)，并提供調(diào)峰以及調(diào)頻等方面的有償服務(wù)，使需求側(cè)機(jī)動(dòng)調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)年度最大電負(fù)荷的3%左右，使電力的供需平衡在不是非常嚴(yán)重的缺點(diǎn)情況下得到有效保障?！?/p>

“電網(wǎng)企業(yè)在監(jiān)測(cè)和控制負(fù)荷的工作中，可以使用電力負(fù)荷管理系統(tǒng)來進(jìn)行，在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過程中，要使監(jiān)測(cè)能力在經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過最大用電負(fù)荷的百分之七十，并要是對(duì)負(fù)荷的控制能力在經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大用電負(fù)荷的百分之十，負(fù)荷的管理范圍應(yīng)該在用戶用電量達(dá)到100千伏安以上，對(duì)于使用能源量大的重點(diǎn)型企業(yè)，可以將其用電的數(shù)據(jù)同國(guó)家電力需求側(cè)管理平臺(tái)進(jìn)行連接，以及能源重點(diǎn)使用單位的能源消耗水平通過國(guó)家的能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控?！?/p>

該管理辦法還對(duì)相應(yīng)的保障策略進(jìn)行了明確，如“在對(duì)電力需求側(cè)管理工作進(jìn)行開展的過程中，電網(wǎng)企業(yè)因?yàn)楣ぷ鞫a(chǎn)生的合理性費(fèi)用，都可以算入到供電成本當(dāng)中?！?/p>

隨著社會(huì)時(shí)代的發(fā)展，在電力需求響應(yīng)方面，可以將其分為兩種類型，即約定響應(yīng)和實(shí)時(shí)響應(yīng)。其中只需要到戶對(duì)相關(guān)用戶進(jìn)行通知，然后對(duì)于響應(yīng)的操作由用戶自己來完成，就被稱為約定響應(yīng)；而為了能夠使用電具備更好的有序性，可以將實(shí)時(shí)響應(yīng)作為用電之間的實(shí)施手段，但是需要對(duì)用戶參與響應(yīng)的用電設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)還要對(duì)相應(yīng)的需求響應(yīng)管理平臺(tái)進(jìn)行建立，并且還要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能夠?qū)ω?fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)性控制的平臺(tái)。

1.2 化解電網(wǎng)安全運(yùn)行新挑戰(zhàn)的需求

化解大容量直流閉鎖帶來電網(wǎng)頻率問題。南網(wǎng)西電東送規(guī)模超過5000萬千瓦，世界首個(gè)特高壓多端混合直流昆柳龍工程開工建設(shè)。多回大容量直流閉鎖嚴(yán)重威脅系統(tǒng)穩(wěn)定，頻率穩(wěn)定問題突出。新東、興安兩大直流落點(diǎn)深圳西部，送電規(guī)模達(dá)800萬千瓦，兩大直流電氣距離近，交直流間耦合關(guān)系復(fù)雜，近區(qū)短路開關(guān)拒動(dòng)等嚴(yán)重故障可能造成雙回同時(shí)閉鎖，深圳電網(wǎng)需事故限電150萬千瓦。

化解清潔能源的隨機(jī)性、間歇性給電網(wǎng)瞬時(shí)供需平衡帶來了挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代電網(wǎng)電源側(cè)隨著清潔能源的大規(guī)模介入致使隨機(jī)性不斷增加，負(fù)荷側(cè)隨著電動(dòng)汽車、分布式能源的大量介入，負(fù)荷也具有了電源特性，從而使得電網(wǎng)供需平衡難度增大。新形勢(shì)下，傳統(tǒng)拉路、限電等粗放調(diào)整負(fù)荷的方式已不再適應(yīng)。若采用新方式將分散的海量可中斷負(fù)荷集中起來進(jìn)行進(jìn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制，從調(diào)控電源轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)控負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電源、負(fù)荷友好互動(dòng)，將為電網(wǎng)應(yīng)對(duì)大電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)和提升清潔能源消納能力提供新的方法和手段。

改變第三道防線集中切負(fù)荷粗放模式。根據(jù)總調(diào)要求，深圳電網(wǎng)第三道防線低頻切負(fù)荷量占統(tǒng)調(diào)負(fù)荷比例56%，2018年總需切量約1115萬千瓦，低頻減載由220千伏變電站穩(wěn)控裝置實(shí)現(xiàn)，裝置動(dòng)作時(shí)直接切除站內(nèi)110千伏出線（動(dòng)作時(shí)間毫秒級(jí)），這種不考慮不同用戶類型、不同時(shí)間尺度的切負(fù)荷特性、切負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性問題及用戶側(cè)的實(shí)際情況，不進(jìn)行任何考慮就對(duì)切負(fù)荷進(jìn)行集中處理，會(huì)使經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)巨大的損失，同時(shí)還可能會(huì)造成在電力市場(chǎng)背景下的用戶無法對(duì)其進(jìn)行接受。建設(shè)網(wǎng)荷智能互動(dòng)系統(tǒng)將提升用戶的可接受程度，降低切負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。

2 網(wǎng)荷智能互動(dòng)站端系統(tǒng)配置方案

2.1 總體構(gòu)架

深圳電網(wǎng)網(wǎng)荷智能互動(dòng)系統(tǒng)變電站側(cè)采用3層架構(gòu)設(shè)置，分別為負(fù)荷協(xié)同主站、控制子站、就近變電站通信匯聚設(shè)備、以及負(fù)荷控制互動(dòng)終端。負(fù)荷協(xié)同主站與深圳中調(diào)新系統(tǒng)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行信息交互。負(fù)荷協(xié)同主站建設(shè)在500kV現(xiàn)代變電站，設(shè)備按照雙重化配置并配置相應(yīng)的通信接口設(shè)備。負(fù)荷協(xié)同主站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與深圳中調(diào)新系統(tǒng)通信，通過傳輸網(wǎng)與10個(gè)220kV變電站的控制子站通信?？刂谱诱窘ㄔO(shè)在深圳電網(wǎng)的220kV變電站設(shè)備中按照雙重化配置，同時(shí)配置相應(yīng)的通信接口設(shè)備。對(duì)子站實(shí)施控制，并且在傳輸網(wǎng)和負(fù)荷的過程中對(duì)子站的協(xié)同作用進(jìn)行充分利用，通過傳輸網(wǎng)與110kV變電站的負(fù)荷側(cè)就近變電站通信?？刂谱诱究梢愿鶕?jù)深圳電網(wǎng)分區(qū)的實(shí)際情況，布置在10個(gè)220kV變電站。

選取30個(gè)負(fù)荷側(cè)就近110kV/220kV變電站，布置連接控制子站與控制終端的通信設(shè)備，設(shè)備按單套配置，實(shí)現(xiàn)不少于8個(gè)就近負(fù)荷控制終端的接入。負(fù)荷側(cè)就近110kV變電站的通信設(shè)備通過傳輸網(wǎng)與220kV變電站的控制子站通信，通過配電自動(dòng)化光纜與電網(wǎng)側(cè)環(huán)網(wǎng)柜的控制終端通信。為了能夠使終端在115個(gè)電網(wǎng)側(cè)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)得到更合理的布置，就需要對(duì)負(fù)荷的控制目標(biāo)和10kv的支線負(fù)載情況進(jìn)行考慮。

對(duì)終端進(jìn)行控制時(shí)可以對(duì)新研發(fā)的裝置進(jìn)行使用，同時(shí)還需要確保新裝置上具有通信接口，并在電網(wǎng)側(cè)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)對(duì)該裝置進(jìn)行布置，實(shí)現(xiàn)與就近變電站的通信。具備接入不少于2路分支線的電流采集、1路電壓量采集，使分支線跳閘功能接入得到更好的實(shí)現(xiàn)，提供跳閘和裝置故障/異常告警兩個(gè)信號(hào)給DTU，并對(duì)可控制的負(fù)荷功率進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，最終將其傳送到主站端。

圖1 總體構(gòu)架方案

2.2 協(xié)同主站

總體配置。協(xié)同主站設(shè)置在500kV現(xiàn)代變電站，裝置按雙套配置。負(fù)荷協(xié)同主站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與深圳中調(diào)新系統(tǒng)通信，通過傳輸網(wǎng)與10個(gè)220kV變電站的控制子站通信，其中配套本項(xiàng)目西部電網(wǎng)為4個(gè)220kV站點(diǎn)；裝置輸入輸出。模擬量輸入：采集兩段母線的電壓并計(jì)算母線頻率。開關(guān)量輸入：設(shè)置總功能壓板、檢修壓板、至控制子站的通道壓板、I/II母線檢修壓板等。

圖2 500kV現(xiàn)代協(xié)同主站裝置配置圖

主要功能。將深圳地區(qū)可切負(fù)荷總量上送至中調(diào)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，預(yù)留將可控負(fù)荷容量上送至總調(diào)系統(tǒng)接口。接收總調(diào)系統(tǒng)切負(fù)命令，結(jié)合本站頻率防誤判據(jù)，控制深圳地區(qū)可中斷負(fù)荷。經(jīng)本地頻率確認(rèn)滿足條件后，轉(zhuǎn)發(fā)至負(fù)荷控制子站；通信通道需求。至負(fù)荷控制子站分別采用2×2M光纖通道。協(xié)同主站具備與不少于16個(gè)子站的通信能力。遠(yuǎn)期具備擴(kuò)展到32個(gè)子站的通信條件。

2.3 控制子站

總體配置。各控制子站裝置均按照雙套配置，采用并列運(yùn)行模式，與負(fù)荷側(cè)就近變電站采用2M帶寬通道通信；裝置輸入輸出。模擬量輸入：采集兩段母線的單相電壓并計(jì)算母線頻率。開關(guān)量輸入：設(shè)置總功能壓板、檢修壓板、至500kV協(xié)調(diào)主站的通道壓板、至負(fù)控終端的通道壓板、I/II段母線檢修壓板；主要功能。接收終端的可控制負(fù)荷容量信息，統(tǒng)計(jì)上送協(xié)調(diào)控制主站，并向控制對(duì)象發(fā)送控制負(fù)荷命令。接收并協(xié)調(diào)主站發(fā)來的指令，結(jié)合控制終端上送的控制軟壓板狀態(tài)，經(jīng)由本地頻率確認(rèn)滿足條件后下發(fā)控制指令和信號(hào)至各控制終端；通信通道需求。本期工程滿足不少于16個(gè)負(fù)控終端的接入要求，遠(yuǎn)期滿足靈活擴(kuò)展接入需要。子站按雙套配置。

圖3 220kV變電站控制子站裝置配置圖

2.4 負(fù)荷側(cè)就近變電站

總體配置。負(fù)荷側(cè)就近變電站選取控制負(fù)荷附近的110kV變電站，按照單套原則配置一套通信裝置，與220kV變電站控制子站的每套裝置通過傳輸網(wǎng)2M通信通道通信，與終端裝置采用專用光纖通道通信；主要功能。轉(zhuǎn)發(fā)控制子站與終端的通信信息；通信通道需求。每套裝置滿足不少于8個(gè)終端的接入要求，當(dāng)終端數(shù)量超過8個(gè)時(shí)，可以通過增加裝置擴(kuò)容。

3 實(shí)施成效

實(shí)現(xiàn)發(fā)-供-用電友好互動(dòng)。發(fā)供用電的友好互動(dòng)通過網(wǎng)荷智能互動(dòng)系統(tǒng)得到實(shí)現(xiàn)，使可控資源在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠進(jìn)行擴(kuò)展，并推動(dòng)了大電網(wǎng)在安全控制方面策略的豐富性和完善性發(fā)展，其優(yōu)勢(shì)主要有點(diǎn)多面廣、可選擇性多、對(duì)用戶產(chǎn)生的影響較低，從而使能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革以及開發(fā)和利用大規(guī)模的清潔性能源得到有效的推動(dòng)，培育和建立良性的市場(chǎng)化需求響應(yīng)機(jī)制。

實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障毫秒級(jí)應(yīng)急處理。化解大容量特高壓直流閉鎖帶來的風(fēng)險(xiǎn)，使故障應(yīng)急處理時(shí)間從分鐘級(jí)縮短至毫秒級(jí)。通過網(wǎng)荷智能互動(dòng)系統(tǒng)綜合快速切除可中斷負(fù)荷資源，減小了大容量直流故障對(duì)系統(tǒng)頻率沖擊的影響，阻斷了連鎖故障路徑，避免觸發(fā)第三道防線，降低了穩(wěn)定破壞風(fēng)險(xiǎn)，減小停電影響和經(jīng)濟(jì)損失，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；助力深圳綠色創(chuàng)新發(fā)展。通過網(wǎng)荷智能互動(dòng)系統(tǒng)改變了負(fù)荷控制的粗放方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)荷控制的精益化管理，有利于深圳綠色創(chuàng)新發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)電力體制改革。

4 結(jié)語

為貫徹落實(shí)國(guó)家相關(guān)部委對(duì)電力需求側(cè)管理提出的新要求，積極服務(wù)深圳建設(shè)社會(huì)主義先行示范區(qū)，充分考慮電網(wǎng)負(fù)荷、電源、儲(chǔ)能設(shè)備等多種因素,推廣建設(shè)深圳電網(wǎng)網(wǎng)荷智能互動(dòng)站端系統(tǒng)可有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨的新挑戰(zhàn)；使控制電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性方面的策略得到更好的豐富和完善，有效拓展電網(wǎng)故障時(shí)的可控資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)荷智能友好互動(dòng)。